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Sobre el núcleo de la tierra

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Hace un siglo, la ciencia apenas sabía que la Tierra incluso tenía un núcleo. Hoy estamos tentados por el núcleo y sus conexiones con el resto del planeta. De hecho, estamos en el comienzo de una era dorada de estudios centrales.

La forma bruta del núcleo

Sabíamos en la década de 1890, por la forma en que la Tierra responde a la gravedad del Sol y la Luna, que el planeta tiene un núcleo denso, probablemente hierro. En 1906, Richard Dixon Oldham descubrió que las ondas sísmicas se mueven a través del centro de la Tierra mucho más lentamente que a través del manto que lo rodea, porque el centro es líquido.

En 1936, Inge Lehmann informó que algo refleja ondas sísmicas desde el núcleo. Se hizo evidente que el núcleo consta de una gruesa capa de hierro líquido, el núcleo externo, con un núcleo interno más pequeño y sólido en su centro. Es sólido porque a esa profundidad la alta presión supera el efecto de la alta temperatura.

En 2002, Miaki Ishii y Adam Dziewonski de la Universidad de Harvard publicaron evidencia de un "núcleo interno más interno" de unos 600 kilómetros de diámetro. En 2008, Xiadong Song y Xinlei Sun propusieron un núcleo interno interno diferente de unos 1200 km de diámetro. No se puede hacer mucho de estas ideas hasta que otras confirmen el trabajo.

Todo lo que aprendemos plantea nuevas preguntas. El hierro líquido debe ser la fuente del campo geomagnético de la Tierra, el geodinamo, pero ¿cómo funciona? ¿Por qué el geodinamo se voltea, cambiando el norte y el sur magnéticos, a lo largo del tiempo geológico? ¿Qué sucede en la parte superior del núcleo, donde el metal fundido se encuentra con el manto rocoso? Las respuestas comenzaron a surgir durante la década de 1990.

Estudiando el núcleo

Nuestra herramienta principal para la investigación central han sido las olas de terremotos, especialmente las de grandes eventos como el terremoto de Sumatra en 2004. Los "modos normales", que hacen que el planeta palpite con el tipo de movimientos que ves en una gran burbuja de jabón, son útiles para examinar la estructura profunda a gran escala.

Pero un gran problema es falta de singularidad-cualquier pieza de evidencia sísmica dada puede interpretarse de más de una manera. Una onda que penetra en el núcleo también atraviesa la corteza al menos una vez y el manto al menos dos veces, por lo que una característica en un sismograma puede originarse en varios lugares posibles. Muchos datos diferentes deben verificarse de forma cruzada.

La barrera de la falta de uniformidad se desvaneció un poco cuando comenzamos a simular la Tierra profunda en computadoras con números realistas, y al reproducir altas temperaturas y presiones en el laboratorio con la célula de yunque de diamante. Estas herramientas (y estudios de duración del día) nos han permitido mirar a través de las capas de la Tierra hasta que finalmente podamos contemplar el núcleo.

De qué está hecho el núcleo

Teniendo en cuenta que toda la Tierra en promedio consiste en la misma mezcla de cosas que vemos en otras partes del sistema solar, el núcleo tiene que ser metal de hierro junto con algo de níquel. Pero es menos denso que el hierro puro, por lo que alrededor del 10 por ciento del núcleo debe ser algo más ligero.

Las ideas sobre cuál es ese ingrediente ligero han ido evolucionando. El azufre y el oxígeno han sido candidatos durante mucho tiempo, e incluso se ha considerado el hidrógeno. Últimamente, ha aumentado el interés en el silicio, ya que los experimentos y simulaciones a alta presión sugieren que puede disolverse en hierro fundido mejor de lo que pensábamos. Tal vez más de uno de estos está ahí abajo. Se necesita mucho razonamiento ingenioso y suposiciones inciertas para proponer una receta en particular, pero el tema no está fuera de toda conjetura.

Los sismólogos continúan sondeando el núcleo interno. El hemisferio oriental del núcleo parece diferir del hemisferio occidental en la forma en que se alinean los cristales de hierro. El problema es difícil de atacar porque las ondas sísmicas tienen que ir directamente desde un terremoto, a través del centro de la Tierra, hasta un sismógrafo. Los eventos y las máquinas que se alinean a la perfección son raros. Y los efectos son sutiles.

Dinámica del núcleo

En 1996, Xiadong Song y Paul Richards confirmaron una predicción de que el núcleo interno gira un poco más rápido que el resto de la Tierra. Las fuerzas magnéticas del geodinamo parecen ser las responsables.

Con el tiempo geológico, el núcleo interno crece a medida que la Tierra entera se enfría. En la parte superior del núcleo externo, los cristales de hierro se congelan y llueven en el núcleo interno. En la base del núcleo externo, el hierro se congela bajo presión, llevando gran parte del níquel. El hierro líquido restante es más ligero y sube. Estos movimientos ascendentes y descendentes, que interactúan con las fuerzas geomagnéticas, agitan todo el núcleo externo a una velocidad de 20 kilómetros al año más o menos.

El planeta Mercurio también tiene un gran núcleo de hierro y un campo magnético, aunque mucho más débil que el de la Tierra. Investigaciones recientes sugieren que el núcleo de Mercurio es rico en azufre y que un proceso de congelación similar lo agita, con la caída de "nieve de hierro" y el aumento de líquido enriquecido con azufre.

Los estudios centrales surgieron en 1996 cuando los modelos de computadora de Gary Glatzmaier y Paul Roberts reprodujeron por primera vez el comportamiento del geodinamo, incluidas las reversiones espontáneas. Hollywood le dio a Glatzmaier una audiencia inesperada cuando usó sus animaciones en la película de acción El núcleo.

El reciente trabajo de laboratorio de alta presión de Raymond Jeanloz, Ho-Kwang (David) Mao y otros nos ha dado pistas sobre el límite entre el núcleo y el manto, donde el hierro líquido interactúa con la roca de silicato. Los experimentos muestran que los materiales del núcleo y el manto sufren fuertes reacciones químicas. Esta es la región donde muchos piensan que las plumas de manto se originan y se elevan para formar lugares como la cadena de las islas de Hawai, Yellowstone, Islandia y otras características de la superficie. Cuanto más aprendemos sobre el núcleo, más se acerca.

PD: El pequeño grupo muy unido de especialistas principales pertenece al grupo SEDI (Estudio del Interior Profundo de la Tierra) y leyó su Diálogo de la tierra profunda hoja informativa. Y utilizan la Oficina Especial para el sitio web del Núcleo como depósito central de datos geofísicos y bibliográficos.


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